由中國航天科技集團十一院研制的新型彩虹太陽能無人機，近日成功完成2萬米以上高空飛行試驗。
彩虹太陽能無人機的核心關鍵技術和設備全部實現國產化，此次試飛成功，標志著我國成為繼美、英之后全球第三個掌握臨近空間太陽能無人機技術的國家。
具有高達20—30公里飛行高度以及長達數月的巡航能力
太陽能飛行器，顧名思義是一種以太陽光能作為能源的飛行器。據彩虹系列無人機總工程師石文介紹，隨著太陽能新能源領域的發(fā)展，太陽能飛行器已經成為世界航空工業(yè)重點研究的新興領域。
白天，太陽能飛機依靠太陽電池的光電轉換效應，為動力系統(tǒng)、航空電子設備及任務載荷提供能量，同時將多余的能量儲存在蓄電池中。夜晚，它再通過蓄電池的電能持續(xù)飛行。如果太陽能飛機白天存儲的能量可以滿足夜晚飛行的需要，就能夠實現全年不間斷地持續(xù)飛行，若不考慮其部件的壽命，理論上可以永久飛行。
距離地面20—100公里的空域被稱為臨近空間，對于傳統(tǒng)燃料消耗型飛機而言，太過稀薄的空氣，讓發(fā)動機功率顯著下降，失去了用武之地，但這里卻是全身布滿太陽能電池板的無人機展現優(yōu)勢的空間。現在世界上通用的高空長航時無人機，大多使用吸氣式發(fā)動機提供動力，一遇高空的稀薄空氣，發(fā)動機功率會大幅降低，油耗增高，因此，現有燃料消耗型飛機的飛行高度和續(xù)航能力很難進一步提高。而以太陽能為動力的飛機，完全可以彌補這些不足，飛得更高更遠。
彩虹太陽能無人機憑借超高空、長航時、易維護三大特點，邁向世界先進水平。
彩虹太陽能無人機與傳統(tǒng)燃料消耗型飛機相比雖然載重能力相對較弱，但飛得高。太陽能無人機通常采用大展弦比機翼，展弦比達到20以上，甚至到30，具有很高的升阻比，使其可在20—30公里的臨近空間稀薄大氣中穩(wěn)定飛行。第二個特點是功率提取限制因素較多，但飛得久。太陽能無人機無燃油消耗，可實現數月甚至更長時間的航時飛行。另外，太陽能無人機機載系統(tǒng)簡單，日常維護復雜度較低。長航時飛行，維護保障間隔周期長。從起降保障上看，對跑道長度要求不高，也無需傳統(tǒng)的加油等保障設備。從使用效益上看，由于其超長航時特點，與常規(guī)飛機相比，完成持久性任務無需頻繁更替輪換，出動飛機的頻率大大降低。
有準衛(wèi)星特征，提供中繼通信和資源普查、災害救援等服務
1917年英國人研制成功了世界上第一架無人機，自此拉開了全球無人機發(fā)展和創(chuàng)新的序幕。美國太陽能飛機研制起步較早，1980年便將太陽能飛機項目列入國家計劃，并相繼研制“探路者”“太陽神”等太陽能飛機。作為當今太陽能飛機發(fā)展的領先國家，2007年英國“微風”無人機在空中飛行時間達到54小時，飛行高度超過1.5萬米。
石文介紹，國內太陽能無人機研制起步較晚，上世紀80年代部分航空院校開始跟蹤國外太陽能飛行器設計技術發(fā)展。近10余年，國內院校和研究機構開始比較深入地研究太陽能飛行器相關技術。
任何科研進步都不是一帆風順的。在2013—2014年間，彩虹太陽能無人機研制也曾遇到巨大挑戰(zhàn)：飛機在低空強紊流飛行時經常“上躥下跳、左搖右晃”。為了解決這個問題，研制團隊艱難攻關，在理論和工程層面，歷時一年多，解決了無人機在復雜氣象條件下精確控制的問題，不但讓飛機飛了起來，還飛得穩(wěn)、飛得高。
太陽能飛機作為全世界競相研發(fā)的飛行器，各國之所以愿意投入巨資和人才資源，除了其擁有廣闊的應用前景之外，還在于作為前沿科技產品，其技術和產業(yè)集成帶動能力相當強大。
根據發(fā)展規(guī)劃，彩虹太陽能無人機未來將具備“準衛(wèi)星”的特征，作為空中平臺，提供持久的數據中繼和4G/5G通信，部分替代通信衛(wèi)星功能，實現區(qū)域全覆蓋的不間斷態(tài)勢感知、中繼通信服務。比如，可以建設空中移動WiFi基站，為偏遠地區(qū)提供便捷廉價的移動通信和互聯網接入服務。石文說，彩虹太陽能無人機還可廣泛應用于軍民融合領域，包括重大自然災害預警、常態(tài)化海域監(jiān)管、應急搶險救災、反恐維穩(wěn)等公益事業(yè)領域。
“依托彩虹太陽能無人機等項目的帶動，并配套研發(fā)高強度輕質石墨烯新材料、新型太陽能電池、新型儲能手段等技術和產品，有助于進一步推動中國航空產業(yè)的發(fā)展。”石文說，未來我國太陽能無人機還將向超高空、超長航時、大型化、實用化方向發(fā)展，前景值得期待。
